Computación de 4 bits

La computación de 4 bits es el uso de arquitecturas informáticas en las que los números enteros y otras unidades de datos tienen 4 bits de ancho. Las arquitecturas de unidad central de procesamiento (CPU) y unidad aritmético lógica (ALU) de 4 bits son aquellas que se basan en registros o buses de datos de ese tamaño. Un grupo de cuatro bits también se denomina nibble y tiene 2 ⁴ = 16 valores posibles, con un rango de 0 a 15.

Los procesadores de 4 bits se utilizaron ampliamente en calculadoras electrónicas y otras funciones en las que se utilizaban matemáticas decimales, como cajas registradoras electrónicas , temporizadores de hornos microondas , etc. Esto se debe a que un valor de 4 bits contiene un solo dígito decimal codificado en binario (BCD), lo que lo convierte en un tamaño natural para procesar directamente valores decimales. Como un valor de 4 bits generalmente es demasiado pequeño para contener una dirección de memoria para programas o datos del mundo real, el bus de direcciones de estos sistemas generalmente era más grande. Por ejemplo, el microprocesador canónico de 4 bits , el Intel 4004 , tenía un formato de dirección de 12 bits.

Los diseños de 4 bits se utilizaron solo durante un breve período, cuando los circuitos integrados aún eran caros, y se utilizaban principalmente en funciones sensibles a los costes. Aunque la informática de 4 bits está en su mayor parte obsoleta, los valores de 4 bits todavía se utilizan en las mismas funciones centradas en los decimales para las que se desarrollaron, y las implementaciones modernas suelen ser mucho más amplias y procesan varios valores de 4 bits en paralelo. Un ejemplo de un sistema de este tipo es el diseño HP Saturn de la década de 1980. En la década de 1990, la mayoría de estos usos habían sido sustituidos por diseños binarios de propósito general.

Historia

Un procesador de 4 bits puede parecer limitado, pero es una buena opción para las calculadoras, donde cada dígito decimal cabe en cuatro bits. ^[1]

Algunos de los primeros microprocesadores tenían una longitud de palabra de 4 bits y se desarrollaron alrededor de 1970. El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004 , basado en BCD , ^[2]^[3] desarrollado para aplicaciones de calculadora en 1971; tenía una longitud de palabra de 4 bits, pero tenía instrucciones de 8 bits y direcciones de 12 bits. Fue sucedido por el Intel 4040 , que agregó soporte para interrupciones y una variedad de otras características nuevas.

El primer ordenador comercial de un solo chip fue el Texas Instruments TMS 1000 de 4 bits (1974). ^[1] Contenía una CPU de 4 bits con una arquitectura Harvard e instrucciones de 8 bits de ancho, una ROM de instrucciones en el chip y una RAM de datos en el chip con palabras de 4 bits. ^[4]

El Rockwell PPS-4 fue otro de los primeros procesadores de 4 bits, introducido en 1972, que tuvo una larga vida útil en juegos portátiles y funciones similares. Fue mejorado constantemente y en 1975 se combinó con varios chips de soporte para formar una computadora de un solo chip. ^[5]

Los procesadores de 4 bits se programaron en lenguaje ensamblador o Forth , por ejemplo, "MARC4 Family of 4 bit Forth CPU" ^[6] (que ahora está descontinuado) debido a la restricción extrema de tamaño de los programas y porque los lenguajes de programación comunes (para microcontroladores , de 8 bits y más grandes), como el lenguaje de programación C , no admiten tipos de datos de 4 bits (C, C++ y más lenguajes requieren que el tamaño del chartipo de datos sea de al menos 8 bits, ^[7] y que todos los tipos de datos que no sean campos de bits tengan un tamaño que sea un múltiplo del tamaño del carácter ^[8]^[9]^[10] ).

En la década de 1970 surgieron aplicaciones de software de 4 bits para mercados masivos, como las calculadoras de bolsillo. Durante la década de 1980, se utilizaron microprocesadores de 4 bits en juegos electrónicos portátiles para mantener bajos los costos.

En las décadas de 1970 y 1980, varias computadoras comerciales y de investigación utilizaban el método de segmentación de bits , en el que la unidad lógica aritmética (ALU) de la CPU se construía a partir de múltiples secciones de 4 bits de ancho, cada una de las cuales incluía un chip como un Am2901 o un 74181 .

El Zilog Z80 , aunque es un microprocesador de 8 bits, tiene una ALU de 4 bits. ^[11]^[12]

Aunque Data General Nova es una serie de minicomputadoras de 16 bits, la Nova original y la Nova 1200 procesaban internamente números de 4 bits a la vez con una ALU de 4 bits, ^[13] a veces llamada "nybble-serial". ^[14]

Los procesadores HP Saturn , utilizados en muchas calculadoras Hewlett-Packard entre 1984 y 2003 (incluida la serie de calculadoras científicas HP 48 ) son máquinas de "4 bits" (o híbridas de 64/4 bits); como lo hizo el Intel 4004, encadenan múltiples palabras de 4 bits juntas, por ejemplo para formar una dirección de memoria de 20 bits, y la mayoría de los registros tienen 64 bits de ancho y almacenan 16 dígitos de 4 bits. ^[15]^[16]^[17]

Además, algunas calculadoras tempranas, como la Casio AL-1000 de 1967, la Sinclair Executive de 1972 y la mencionada HP Saturn de 1984, tenían rutas de datos de 4 bits que accedían a sus registros de 4 bits (un dígito BCD) a la vez. ^[18]

Usos

Un ordenador de bicicleta especifica que utiliza un "microordenador de 4 bits y 1 chip". ^[19] Otros usos típicos incluyen cafeteras , controles remotos infrarrojos , ^[20] y alarmas de seguridad . ^[21]

El procesador de las máquinas de escribir Barbie que puede cifrar es un microcontrolador de 4 bits. ^[22]

Detalles

Con 4 bits es posible crear 16 valores diferentes. Todos los números hexadecimales de un solo dígito se pueden escribir con cuatro bits.

El decimal codificado en binario es un método de codificación digital para números que utiliza notación decimal, donde cada dígito decimal está representado por cuatro bits.

Lista de procesadores de 4 bits

Intel 4004 (primer microprocesador de 4 bits de 1971, aunque el Four-Phase Systems AL1 de 1969 es más antiguo y se discontinuó en 1981)
Intel 4040 (descontinuado en 1981)
TMS 1000 (el primer microcontrolador comercial de gran volumen, de 1974, después del Intel 4004; ahora descontinuado)
Núcleo MARC4 de Atmel ^[23]^[24] (interrumpido debido a la baja demanda. "Última fecha de envío: 7 de marzo de 2015" ^[25] )
Microcontroladores Samsung S3C7 (serie KS57) de 4 bits (RAM: 512 a 5264 nibbles, reloj de 6 MHz)
Serie Toshiba TLCS-47
HP Saturn
NEC μPD75X
NEC μCOM-4
Microcontroladores transmisores de control remoto infrarrojos NEC (ahora Renesas ) μPD612xA (descontinuado), μPD613x, μPD6x ^[20]^[26] y μPD1724x ^{[27] [}^28]^[29]
Familia EM Microelectronic-Marin EM6600, ^[30] EM6580, ^[31]^[32] EM6682, ^[33] etc.
Familia Epson S1C63
Familias de microcontroladores de 4 bits "COPS I" y "COPS II" (" COP400 ") de National Semiconductor ^[34]
MAPAS MM570X de National Semiconductor
Televisores Sharp SM590/SM591/SM595 ^[35]^{: 26–34}
Sharp SM550/SM551/SM552 ^[35]^{: 36–48}
Micrófono Sharp SM578/SM579 ^[35]^{: 49–64}
Afilado SM5E4 ^[35]^{: 65–74}
Sharp LU5E4POP ^[35]^{: 75–82}
Micrófono Sharp SM5J5/SM5J6 ^[35]^{: 83–99}
Sharp SM530 ^[35]^{: 100–109}
Afilado SM531 ^[35]^{: 110–118}
Sharp SM500 ^[35]^{: 119–127} (ROM 1197×8 bit, RAM 40×4 bit, un divisor y un circuito controlador de LCD de 56 segmentos)
Afilado SM5K1 ^[35]^{: 128–140}
SM4A afilado ^[35]^{: 141–148}
Sharp SM510 ^[35]^{: 149–158} (ROM 2772×8 bit, RAM 128×4 bit, un divisor y un circuito controlador de LCD de 132 segmentos)
Sharp SM511/SM512 ^[35]^{: 159–171} (ROM 4032×8 bit, RAM 128/142×4 bit, un divisor y un circuito controlador de LCD de 136/200 segmentos)
Afilado SM563 ^[35]^{: 172–186}

Véase también

GMC-4
Controlador LCD Hitachi HD44780
Bus/interfaz LPC (conteo bajo de pines) de Intel para comunicación de 4 bits
- Su sucesor para las computadoras modernas, la Interfaz Periférica Serial Mejorada (eSPI) de Intel, permite la comunicación de 1 bit, 2 bits y 4 bits.

Referencias

^ por Ken Shirriff. "Ingeniería inversa del almacenamiento de RAM en los primeros chips de calculadora de Texas Instruments".
^ Mack, Pamela E. (30 de noviembre de 2005). "La revolución de los microordenadores" . Consultado el 23 de diciembre de 2009 .
^ "Historia en el currículo de informática" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2011-07-19 . Consultado el 2017-06-22 .
^ Manual de datos de la serie TMS 1000 (PDF) . Texas Instruments . Diciembre de 1976 . Consultado el 20 de julio de 2013 .
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^ abcdefghijklmn Sharp Microcomputers Data Book (PDF) . Septiembre de 1990 . Consultado el 5 de enero de 2018 .

Enlaces externos

CPU Saturno
"Productos: Microcontroladores de 4 bits de alto rendimiento (familia S1C63)". Epson . Archivado desde el original el 29 de julio de 2013.
Consideraciones para el procesamiento de 4 bits